过渡层对锆/钢爆炸复合板剪切强度的影响

为了考察钛作为过渡层提高锆/钢复合板结合强度的有效性,同时给出合理的爆炸焊接碰撞参数,对双层锆/钢和三层锆/钛/钢进行了小倾角法爆炸焊接实验研究。借助金相显微技术测量了复合板结合界面的波形参数,采用光滑粒子动力学法模拟得到了不同位置的碰撞速度和碰撞角,并按照国家标准(GB/T 6396-2008)测量了复合板结合界面的爆炸态及退火态的剪切强度。结果表明:钛作为过渡层能够显著提高锆/钢界面的剪切强度;退火消除加工应力后,锆/钢及钛/钢结合面的剪切强度会有所降低;当锆/钛界面的碰撞速度为734~805 m/s,碰撞角为19.8°~20.8°,钛/钢界面的碰撞速度为803~904m/s,碰撞角为19.5°~20.5°时,锆/钛/钢三层复合板的锆/钛和钛/钢界面的剪切强度都能高于140 MPa。     

铝合金与槽型界面钢板的爆炸焊接

采用尺寸为4 mm×410 mm×410 mm的5083铝合金和尺寸为15 mm×400 mm×400 mm、表面开有燕尾槽的Q345钢板作为爆炸焊接的覆板与基板,根据理论公式得到铝合金-钢爆炸焊接下限后,选取其附近的参数进行爆炸焊接,再通过力学性能检测和微观形貌观察研究5083/Q345复合板界面的结合性能。实验结果表明:铝合金与钢在冶金结合和燕尾槽的挤压啮合共同作用下实现爆炸复合;铝合金与燕尾槽上底面、倾斜面和下底面的界面均呈平直状。铝合金与燕尾槽上底面、下底面以直接结合和不连续熔化块相结合的方式复合,而铝合金与燕尾槽倾斜面以连续熔化层的方式复合;复合板的剪切强度大于172 MPa,满足Al/Fe复合板结合强度的要求。     

不锈钢-普碳钢的双面爆炸复合

为了解决现行爆炸复合装药方式落后及炸药爆炸的能量利用率极低的问题，使用了一种保证装药质量的蜂窝结构炸药，并将该蜂窝结构炸药应用于一次起爆可复合二块复合板的双面爆炸复合技术。进行了7 mm厚的蜂窝结构炸药用于3 mm厚的不锈钢板和16 mm厚的Q235钢板的双面爆炸复合实验；并计算得到了复板碰撞速度的上下限及2组实验中复板的碰撞速度。由于受到蜂窝材料和双面复板的多向约束，炸药的临界厚度显著降低，乳化炸药在5 mm厚度时仍可以稳定爆轰。研究结果表明:和现行的单面爆炸复合相比，在复合相同数量复合板的情况下，采用蜂窝结构炸药的双面爆炸复合技术中，炸药的使用量节省了77%，炸药的能量利用率得到显著提高；计算与实验结果一致性较好。     

材料强度对爆炸焊接结合界面的影响

为了研究爆炸焊接结合界面机理及材料强度对爆炸焊接的影响，采用相同的爆炸焊接参数对不同强度的基板进行了爆炸焊接。通过光学显微镜、扫描电子显微镜以及数值模拟技术对焊接试样的形貌、缺陷以及焊接机理进行了分析。结果表明:当材料强度较低时，碰撞点动压与基板材料强度的比值较高，界面出现较大的塑性应变并生热，此时界面熔化区较大，在焊接过程中可以将界面等效为不可压缩流体；当材料强度较高而碰撞点动压与基板强度的比值较低时，试样界面形貌受材料强度的影响较大。随着材料强度的上升，周期性的波状界面逐渐趋于平直。界面熔化现象减弱但温升速率较高，并受碰撞点附近高压出现热失稳现象形成剪切带及裂缝。此时材料强度的影响不可忽略，界面不能等效为不可压缩流体。     

TA2/AZ31B/2024Al爆炸焊接复合板界面微观结构特征及其动态力学性能

运用平行法爆炸焊接工艺,开展了TA2/AZ31B/2024Al多层轻质金属板材爆炸焊接实验。通过扫描电镜、电子背散射衍射、分离式霍普金森压杆及三维轮廓扫描等测试技术,对多层爆炸焊接复合板界面微观结构特征、材料物相变化规律、复合板材动态力学性能及材料冲击断口特征开展了系统研究。研究结果表明：焊后多层轻质金属复合板的4个焊接界面均呈现出爆炸焊接特有的波形结构特征,结合界面处无明显缺陷,总体焊接质量良好。结合界面处晶粒发生细化并形成细晶区,1060Al过渡层内晶粒组织由于强塑性变形呈现典型的拉长层状晶粒特征,4个结合界面处均出现明显的变形织构与再结晶织构特征。沿X方向的试样最大动态抗压强度达605 MPa,分层断口界面三维形貌呈现近似水面波纹的独特结构特征。沿Z方向的试样最大动态抗压强度达390 MPa,断口界面三维形貌呈现明显的纤维状韧性断裂特征。     

爆炸焊接复合界面波与温度场物质点法分析

爆炸焊接是一门双金属复合工程技术,在炸药爆轰载荷驱动下,飞板高速冲击基板时,两金属板复合界面处在高温高压作用下材料发生塑性流动并形成周期性波状界面,波状界面的形成与复合界面处的材料熔化和变形直接相关。本文应用物质点法对爆炸焊接界面波的形成和界面温度场进行数值模拟,同时开展双金属爆炸焊接实验,并结合物质点法的三维数值模拟对爆炸焊接界面波的形态和界面材料高温软化进行分析。     

爆速对爆炸焊接铝/不锈钢复合管界面及结合性能的影响

通过在粉状乳化炸药中添加不同比例的密度调节剂,配制了爆速范围为1 450~2 550 m/s的低爆速炸药;采用该爆速炸药进行了铝/不锈钢复合管爆炸焊接实验,结合最小碰撞速度理论,对实验结果及其界面微观结构和结合强度进行了测试和分析,确定该复合管爆炸焊接的合适爆速约为1 950~2 150 m/s,其结合质量能够满足后续加工要求;同时发现界面由介于直线与波形之间的波状形态组成,且呈现不太规则的扁平波状结合,经分析,炸药爆速、复合管的爆炸焊接环境和爆炸产物飞散条件对界面结合波形及熔化层厚度有很大影响。     

低炭钢爆炸焊接界面波与板材无量纲强度关系的试验研究

本文叙述了低炭钢爆炸焊接界面波随板材无量纲强度1/2V_f~2/_y(板材密度,_r-板材拉伸强度,V_f-飞板相对于碰撞点的运动速度)变化规律的试验结果,结果表明,当1/2V_f/~2_y22.5.焊接界面为直线结合,当22.51/2V_f~2_y50,焊接界面波比波长(l/h)随比强度增加而增加,当501/2V_f~2_y100.焊接界面波比波长是与比强度无关的恒值。金相观察表明,在1/2V_f~2_y=22.5附近,焊件质量较好。     

304L/Q235B大面积金属板爆炸焊接物质点法模拟分析

大面积金属板材304L/Q235B的爆炸焊接过程涉及炸药爆轰、金属板材的高速碰撞和塑性变形等。采用有限元法计算模拟这个问题时,网格单元会发生扭曲畸变现象,导致计算精度下降,甚至出现单元负体积而使计算终止,并且炸药爆轰形成气体产物飞散过程也很难模拟。为了能模拟大面积金属板材的爆炸焊接整个过程并获得合理的技术工艺参数,采用物质点法进行三维数值模拟分析。物质点法作为一种无网格法,在模拟冲击动力学问题中主要采用显式积分算法。通过将拉格朗日质点单元与固定的欧拉背景网格相结合,可以实现爆炸焊接的复板与基板的高速碰撞、炸药滑移爆轰、金属板面的塑性变形过程的数值模拟,并给出爆炸复合板材的形变、有效塑性应变和复板与基板的碰撞速度的计算结果。采用物质点法模拟的复合板材变形与爆炸焊接实验结果基本一致。计算复板与基板的碰撞速度这个重要的物理参数时,物质点法与Richter理论公式的相对误差不超过13%。数值计算和实验结果表明,物质点法在数值精度和计算效率方面具有优势,物质点法是研究金属焊接爆炸问题的一种有效数值方法。     

球形破片侵彻下钢/铝复合靶板的失效模式与吸能机理

为研究复合靶板自身结构对其防护性能的影响，针对面密度相同的两层钢/铝、三层钢/铝/钢爆炸复合板以及均质钢板，采用系列弹道实验和LS-DYNA3D非线性有限元程序分析了复合靶板在球形破片侵彻作用下的失效模式和吸能机理，讨论了靶板层数、厚度和界面结合情况对失效模式的影响。研究结果表明:较其他因素而言，界面结合状态对靶板失效模式的影响最明显，当界面结合良好时，各层靶板均发生剪切冲塞破坏，而当结合界面发生拉伸失效时，较薄的背板以延性扩孔破坏为主；随着靶板总厚度的增大，靶板更易发生剪切冲塞破坏；当靶板的面密度和总厚度分别相等时，三层复合靶板的防护性能优于双层靶板。     

爆炸焊接基复板间隙中的气体冲击波

通过分析研究爆炸焊接基复板间隙中的气体运动,建立了冲击波传播的理论模型,通过理论分析和计算说明了基复板间存在气体冲击波管道效应。管道效应使复合板尾部在爆炸焊接形成前发生上翘,造成板尾部焊接能量偏大,或使尾部炸药压死,是工程中长大复合板尾部焊接质量降低或失效的主要原因。还通过建立简化模型,分析了复合板宽度、各种保护性气体和粗真空对管道效应的影响,说明了选择爆炸焊接保护气体的原则,进而使用氦气保护进行了钛钢、铝镁爆炸焊接实验验证,为气体保护爆炸焊接、真空爆炸焊接技术的进一步开发研究奠定了理论基础。     

爆炸复合1Cr13Mo/45钢连铸辊工艺

鉴于目前连铸辊制造工艺存在的不足,以爆炸复合法制造1Cr13Mo/45钢复合轧辊,并以爆炸复合工艺为研究对象,采用超声波探伤和金相观察等方法,研究药厚和间隙大小对复合界面波形的影响.结果表明:药厚一定的情况下,间隙对复合轧辊界面波形的影响较大;而在间隙一定的情况下,药厚对复合轧辊界面波形的影响不明显.通过实验,获得了该...     

超高强度平头圆柱形弹体对低碳合金钢板的高速撞击实验

为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式,以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象,通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试,获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000 s-1应变率范围内的力学行为,分析了材料组分与力学性能的相关性。采用弹道枪加载撞击方法,获得了两种超高强度合金钢平头圆柱形弹体对3种钢板(14.5~15.9 mm厚)的弹道极限速度,通过分析获得了不同工况下的极限比吸收能,讨论了合金钢板在弹体高速撞击下破坏模式的差异,分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。研究表明:3种合金钢板抗弹体撞击性能与材料屈服强度正相关,但其性能间的差异远小于屈服强度间的差异;在超高强度合金钢平头圆柱形弹体的高速撞击下,3种钢板的失效机制与其力学性能密切相关,Si和Mn含量高的AS钢呈硬脆性特征,其断裂失效主要取决于材料的剪切强度,而Si和Mn含量较低的SS钢和Q235A钢具有良好的塑性,其断裂失效主要取决于材料的压缩强度和剪切强度。     

基于多通道时间反转Lamb波的铝板小缺陷检测

超声Lamb波具有传播距离远、衰减小等特点,广泛应用于板结构的无损检测。将Lamb波检测技术与时间反转理论相结合,能提高铝板中小缺陷的检测能力。采用多通道时间反转板中Lamb波聚焦方法对1mm厚的铝板中直径0.8mm通孔缺陷进行检测,检测结果显示多通道时间反转检测信号中形成了两处明显的聚焦,即直达波和缺陷回波聚焦,证明此方法有效提高了检测分辨铝板小缺陷的能力。最后通过直达波、缺陷回波两处聚焦的时间差和Lamb波S_0模态群速度,准确实现了铝板中小缺陷的定位。多通道时间反转Lamb波聚焦方法不仅得到了缺陷检测回波,而且准确实现了缺陷的定位,达到了提高铝板中小缺陷检测能力的目的。     

Boundary element modeling for defect characterization potential in a wave guide

Wave scattering analysis implemented by boundary element methods (BEM) and the normal mode expansion technique is used to study the sizing potential of two-dimensional shaped defects in a wave guide. Surface breaking half-elliptical shaped defects of three opening lengths (0.3, 6.35 and 12.7 mm) and through-wall depths of 10–90% on a 10 mm thick steel plate were considered. The reflection and transmission coefficients of both Lamb and shear horizontal (SH) waves over a frequency range 0.05–2 MHz were studied. A powerfully practical result was obtained whereby the numerical results for the S₀ mode Lamb wave and n₀ mode SH wave at low frequencies showed a monotonic increase in signal amplitude with an increase in the defect through-wall depth. At high frequency (usually above the cut-off frequency of the A₁ mode for Lamb waves and the n₁ mode for SH waves, respectively), the monotonic trend does not hold in general due to the energy redistribution to the higher order wave modes. Guided waves impinging onto an internal stringer-like an inclusion were also studied. Both the Lamb and SH waves were shown to be insensitive to the stringer internal inclusions at low frequency. Experiments with piezoelectric Lamb wave transducers and non-contact SH wave electro-magnetic acoustic transducers (EMAT) verified some of the theoretical results.     

Diffraction of surface waves by floating elastic plates

Based on the dynamical theories of water waves and Mindlin thick plates, the diffraction of surface waves by a floating elastic plate is presented by using the Wiener–Hopf technique. Firstly, the problem is related to a wave guide in water of finite depth, which is analysed to determine the poles. The resulting hybrid boundary value problem is reduced to solving an infinite system of linear algebraic equations. The results obtained are compared with those calculated by an alternative analysis, and with experimental data. Finally, the effects of the geometric and physical parameters on the distribution of deflection and bending moments in plates are analysed and discussed.     

Spall Characterization in Epoxy Via Laser Spallation

Background: The strength of materials under extreme dynamic loading conditions, such as in the case of shock wave loading, is assessed from their spallation characteristics. Under laboratory conditions, flyer plate impact, or sometimes laser-induced stress waves, is employed to instigate spall in a material. These methods are often combined with velocity interferometer system for any reflector (VISAR) technique for performing transient measurements. Although the VISAR can record the velocity of extremely fast-moving surfaces, it requires a complex optical setup and a specialized data reduction technique. Objective: In this study, a simpler approach is adopted by extending laser spallation method to determine the spall strength of epoxy, while performing in situ interferometric measurements, directly on top of thick epoxy films. Methods: The glass/epoxy test samples are prepared by transferring an aluminum coating on top of epoxy layers with different thicknesses. Laser-induced stress waves transmit across the substrate/film interface and induce subsurface failure in the epoxy at sufficiently high incident laser energy. The nature and magnitude of the waves are deciphered from the out-of-plane displacement histories of the top reflective sample surfaces, which are recorded by using a Michelson interferometer. Results: The interferometric data reveal the development of two (temporally) well-separated stress waves: an ablation-induced high-amplitude short-duration longitudinal pulse, which is referred to as the primary wave, and a secondary wave, which travels at a comparatively slower speed. The complex constructive interaction of the two waves develops a high-magnitude tensile stress region in the epoxy layer. The spall strength is quantified by superimposing the two stress wave histories associated with the critical energy fluence. Conclusions: The spall depths predicted from spatiotemporal wave travel analyses are in excellent agreement with the experimental observations. The newly adopted methodology estimates the spall strength of epoxy as 260?±?20 MPa.

     

基于厚板理论分析深水域中弹性浮板的水波响应

基于线性水波理论和Mindlin厚板动力学理论,采用Wiener-Hopf 方法,研究了不同水深水面上弹性浮板在不同入射波数水波作用下的动力学响应问题。首先推导了无限深水域中弹性浮板水波响应的解析解,并将本文分析计算结果与采用其他方法(经典薄板理论)得到的计算结果进行了对比和分析;其次,采用本文方法研究了大型浮板在三种入射波数的水波作用下动弯矩幅值的分布情况;最后,根据其他文献的方法计算了不同水深(有限水深)情况下浮板的动响应,并与本文的计算结果进行了对比分析。